Synthese von Kupfer(I)oxid

Synthese von Kupfer(I)oxid
Eleonore Schmidt, Felix Raps
16/04/2013
1
Einleitung
In Schritt 1 reagieren Natriumsulfit (1), Natriumchlorid (2) und Kupfersulfat (3) im Lösungsmittel Wasser zu einem Kupferchlorid-Komplex 4.
In Schritt 2 reagieren der entstandene Kupferchlorid-Komplex 4 und Borax
(5) zu Kupfer(I)oxid (6) und Borsäure (7).
2
Formelschema
2.1
N a2 SO3 +
1
2.2
Reatkionsgleichung Schritt 1
8N aCl+
2
2CuSO4
3
→
2N a2 [CuCl3 ]+
4
6N a+ + 3SO42− +
2H + + 2Cl−
Reaktionsgleichung Schritt 2
2N a2 [CuCl3 ]+
4
N a2 B4 O7 +
5
6H2 O
→
1
Cu2 O+
6
6N a+ + 6Cl− +
4B(OH)3
7
2.3
Eingaben Schritt 1
N a2 SO3 ∗ 7H2 O
1
252. g ∗ mol−1
6.00 g
23.8 mmol
2.4 eq.
2.4
CuSO4 ∗ 5H2 O
3
250. g ∗ mol−1
2.50 g
10.0 mmol
1.0 eq.
N a2 [CuCl3 ]
4
215. g ∗ mol−1
2.16 g (theoretisch)
10.0 mmol
1.0 eq.
Eingaben Schritt 2
N a2 [CuCl3 ]
4
216. g ∗ mol−1
2.16 g(theoretisch)
10.0 mmol
1.0 eq.
3
N aCl
2
58.4 g ∗ mol−1
5.00 g
85.7 mmol
8.6 eq.
N a2 B4 O7 ∗ 7H2 O
5
381. g ∗ mol−1
10.1 g
26.2 mmol
2.6 eq.
Cu2 O
6
95.6 g ∗ mol−1
0.72 g(theoretisch)
5.00 mmol
0.5 eq.
B(OH)3
7
61.8 g ∗ mol−1
1.24 g(theoretisch)
20.0 mmol
2.0 eq.
Redoxgleichung
Reduktion: Cu2+ + 1e− −→ Cu+
/*2
Reduktion: SO32− + H2 O −→ SO42− + 2H + + 2e−
Redoxgleichung: 2Cu2+ + SO32− + H2 O −→ 2Cu+ + SO42− + 2H +
4
Experimentelle Durchführung
N a2 SO3 ∗ 7H2 O (1, 6.00 g, 23.8 mmol, 2.4 eq.) und N aCl (2, 5.00 g, 85.7
mmol, 8.6 eq.) wurden in 50 ml Wasser gelöst und erhitzt. Dieser Lösung
wurde CuSO4 (3, 2.50 g, 10.0 mmol, 1.0 eq.) zugegeben. Die entstandene
farblose Flüssigkeit enthählt nun das komplexe Salz des Kupfers (4, 2.16 g,
10.0 mmol, 1.0 eq.), welches als Kirstalle ausgefallen ist.
Die erkaltete Lösung wurde zu einer erhitzten Lösung aus N a2 B4 O7 ∗ 7H2 O
(10, 10.1 g, 26.2 mmol, 2.6 eq.) in 200 ml Wasser gegeben.
Am nächsten Tag wurde die Lösung filtriert und mit Wasser und wenig
Aceton gewaschen. Das rötliche Filtrat ist Kupfer(I)oxid Cu2 O (0.45 g, 63
% d. Th., Lit[1] .: 97 %) und wurde am Vakuum getrocknet.
2
5
Beantwortung der Fragen
Borax
Was ist Borax?[2]
Borax ist ein natürlich vorkommendes Mineral, welches heute zur Herstellung von z.B. Borsäure genutzt wird.
Welche Rolle spielt Borax bei der Herstellung von Cu2 O ?[2]
Borax liefert in diesem Kontext die Hydroxid- Ionen die notwendig sind um
mit dem Kupferkomplex zu reagieren.
Hoher Gehalt an Kochsalz
N aCl wird im Überschuss benötigt, um im Zwischenschritt den Kupferkomplex zu bilden. Wenn zu wenig zugegeben würde könnte es passieren, dass
das Kupfer(I) in wässriger Lösung disproportioniert würde.
Vergleich mit Fehling Test
Was ist der Fehling Test?[3]
Der Fehling Test ist ein Nachweisverfahren für Alkanale. Dabei wird einem
Alkanal eine Probe aus Fehling I und Fehling II zugegeben. Fehling I ist eine
Lösung aus Wasser und Kupfer(II)sulfat Lösung und Fehling II eine Lösung
aus Wasser und Kaliumnatriumtartrat.
Reatkion des Fehling mit einem Aldehyd[4] :
Was ist ähnlich zur Synthese des Kupfer(I)oxid?[3]
Die Kupfer- Kationen und die Tartrat- Anionen bilden einen Komplex der
die Lösung blau färbt. Der Komplex verhindert, dass die Kupfer- Kationen
mit den Hydroxid Anionen reagieren, wodurch die Nachweisreaktion nicht
mehr stattfinden könnte. Analog muss bei der Synthese des Kupfer(I)oxid
erst ein Komplex gebildet werden.
3
Zwischenprodukt N a2 [CuCl3 ]
Cu(I) dissoziiert in Wasser:
Cu+ −→ Cu0 + Cu2+
Aufgrund dessen wird das Zwischenprodukt benötigt.
6
Quellen
[1 ] ”Chemisches Praktikum”, 2013, 119.
[2 ] http : //www.seilnacht.com/Chemie/chb orax.html (16/04/2013)
[3 ] Vollhardt K. P. C., Organische Chemie, 4. Auflage, WILEY-VCH,
Weinheim, 2009, 894.
[4 ] http : //www.chempage.de/theorie/f ehling.html (16/04/2013)
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